单向收进超高层结构施工期水平变形实测研究*

王华平，林忠和，马 俊

(中国建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

0 引言

超高层结构在施工过程中的水平变形会严重影响施工质量，甚至会影响结构在正常使用状态下的受力特性，进而影响结构安全。因此，针对超高层结构在施工阶段的水平变形开展研究，有利于提升超高层结构施工质量、设计和施工水平，确保结构在施工和使用阶段的安全性，具有显著的经济和社会效益[1]。

国内外学者基于数值分析，在超高层结构施工阶段的竖向变形研究方面已经取得了大量研究成果[2-7]。华建民等[8]采用埋入式振弦式应变计监测了某幢209m超高层结构型钢柱和剪力墙在施工期的竖向变形，结果表明，14d龄期后结构竖向变形接近线性。梁富华等[9]采用水准仪对南海荣耀国际金融中心进行了结构施工期间竖向变形监测，结果表明，对于超高层框架-核心筒结构，考虑了混凝土徐变和收缩的实测变形差比弹性计算变形差小约70%。罗文[10]对天津周大福进行了竖向变形监测，结果表明，考虑基础沉降后，上部楼层竖向变形并不大，但下部楼层竖向变形明显增大。蒋方云[11]采用表面应变计对某超高层建筑进行了竖向变形监测，结果表明，核心筒超前施工层数越多，徐变收缩发展越充分，墙体竖向位移越大，但这一因素对框架柱的影响恰好相反。

目前，针对超高层结构水平变形的研究还较少，超高层结构水平变形实测研究还比较匮乏。但对于核心筒单向收进的超高层结构，由于其特殊的体形，呈现核心筒收进方向受力较大、相反方向受力较小的特点。该类结构在施工期间，随着结构的增高，在不均匀竖向荷载作用下，塔楼中部会产生明显的水平变形。因此，为了提高施工质量，确保结构安全，需对单向收进超高层结构开展施工阶段水平变形实测，得到单向收进超高层结构施工阶段的水平变形规律。

1 工程概况

某单向收进超高层建筑占地面积7 030m2，总建筑面积278 000m2，其中地上247 000m2，地下31 000m2。 塔楼部分为90层，结构高度为428m，连屋顶幕墙构架高度达445m。塔楼核心筒竖向分3次向北收进，收筒楼层分别为49，72层。核心筒在49层以下为9宫格，49层南侧内收4 050mm变为6宫格，56～61层核心筒南侧为斜墙，内收3 000mm，72层核心筒进一步内收变为3宫格。整体效果如图1所示，部分楼层平面如图2所示。

图1 某写字楼效果

图2 核心筒部分楼层平面

数值模拟结果表明：在49层施工前，塔楼水平变形不明显；从49层开始向上施工时，在不均匀竖向受力的作用下，塔楼中高部楼层发生较明显的水平变形。在结构49层以下施工时，由于核心筒并未收进，竖向荷载较均匀，引起的水平变形较小；当施工至49 层以上时，特别是施工至74 层以上时，由于核心筒向北收进明显，在不均匀受力作用下，结构水平变形急剧增加。因此，根据施工模拟结果制定了相应的实测方案，得到结构在不同施工时期的水平变形及其规律。

2 实测方案

2.1 测点布置

结合塔楼整体测量需求和特点，水平变形监测点布置于结构第19M，31M，44，58，63，66，68，71M，74，75，84，85层，共132个水平变形监测点。以第19M，74层为例，监测点布置平面分别如图3，4所示。

图3 第19M层监测点布置

图4 第74层监测点布置

2.2 实测方法及内容

水平变形实测采用全站仪三维变形监测系统，对未遮挡的外框钢柱和核心筒监测点进行水平位移监测。

1)通过2个控制点分别对西、南侧的监测点进行监测；东北角及东南角4个控制点分别对东、北、南侧监测点进行监测；西北角及西南角2个控制点分别对西、北、南侧监测点进行监测。

2)当结构施工至一定部位时，部分楼层外框钢柱和核心筒会受遮挡，此时监测点采用内控法，使用外框楼板4个角点控制点，如图 5所示。然后再分别对1～6 号点进行监测。每次使用内控法对外框钢柱和核心筒遮挡部分进行监测时，内控制点均进行一级导线闭合，以减小误差。水平位移是该监测点后期监测的坐标与初始坐标值之差。

图5 第19M层楼板内控网控制点布置

3 实测结果

3.1 水平位移沿高度方向的变化

至2020 年1 月12 日，共监测了30期。第30期的核心筒角点(以角点1为例)在不同楼层处的水平位移沿楼层高度的变化情况如图6所示，东西向水平位移向东为正、向西为负，南北向向北为正、向南为负，下同。由图6可知，结构主要方向(南北向)水平位移大约在第58层以上突然增大，在第68层处达到最大值，并在第71M层发生方向突变，楼顶部的南北向水平位移约为68.75mm(向北)。结构东西向水平位移在第44，63，68层位置发生方向突变，楼顶部东西向水平位移约为62.95mm(向西)。

图6 核心筒角点1在不同楼层处的水平位移变化

3.2 收进位置楼层平均水平位移随时间的变化

收进位置第71M层处的核心筒和外框柱在各监测时段的平均水平位移如图7所示(图中虚线数据为监测期数，下同)。由图7可知，核心筒从第12期开始有水平位移，方向与结构收进方向一致；在第27期，东西向水平位移达到最大值，约为72.18mm(向东)，此时南北向水平位移约为28.61mm(向南)；在第23期南北向达到最大值，约为66.36 mm(向北)，此时东西向水平位移约为5.91mm(向东)。

图7 第71M楼层核心筒、外框柱在各监测时段的平均水平位移变化

外框柱从第21期开始有水平位移，方向与结构收进方向相反；在第30期向东和向南的水平位移同时达到最大值，分别约为76.81，69.22mm。向北的水平位移最大值发生在第26期，约为19.96mm。

3.3 收进位置楼层各测点水平位多随时间的变化

收进位置第71M层处各水平位移测点编号如图8所示。至2020 年1 月12 日，各测点位移时程曲线如图9所示。

图8 第71M楼层水平位移测点编号

图9 第71M 层各监测点水平位移时程曲线

1)核心筒1号测点整体运动趋势为向东北方向运动，向东最大水平位移为94.37mm，向北最大位移为82.19mm。

2)核心筒3号测点整体趋势为从西北向东南运动，向西和向北方向水平位移同时达到最大值，约为37mm，向东和向南方向水平位移也同时达到最大值，约为44mm。

3)核心筒6号测点整体趋势为从东北向东南方向运动，向东最大水平位移为98.36mm，向北最大水平位移为64.94mm，向南最大水平位移为52.69mm。

4)外框柱7号测点整体趋势为向东北运动，向北最大水平侧位为19.05mm，向东最大水平位移为83.43mm。

5)外框柱9号测点整体趋势为向东南运动，向东最大水平位移约为75.05mm，向南最大水平位移约为67.89mm。

6)外框柱12号测点整体趋势也为向东南运动，向东最大水平位移约为78.87 mm，向南最大水平位移约为77.89mm。

7)外框柱14号测点整体趋势为向东北运动，向东最大水平位移约为51.47mm，向北最大水平位移约为58.75mm。

4 结语

1)结构南北向水平变形大约在第58层以上突然增大，在第68层处达到最大值，并在第71M层发生方向突变，楼顶南北向最大水平位移约为68.75mm(向北)；结构东西向水平位移在第44，63，68层位置发生了方向突变，楼顶东西向最大水平位移约为62.95mm(向西)。

2)根据71M层平均水平位移，核心筒水平位移方向与结构收进方向一致，核心筒水平位移最大值约为72.18mm(向东)和66.36 mm(向北)；外框柱水平位移方向与结构收进方向相反，水平位移最大值约为76.81mm(向东)和69.22mm(向南)。

3)单向收进超高层结构在施工阶段的水平变形方向与核心筒收进方向一致。